Nanoselüloz Nedir? Nasıl Üretilir?

Bu yazımda nanoselülozün ne olduğuna, özelliklerine ve kullanım alanlarına değineceğim. Öncelikle nanoselüloz kelimesini parçalara ayırıp, inceleyelim.  Nanoselüloz kelimesi nano ve selüloz kelimelerinden oluşmaktadır. Nano, Yunanca “cüce” demektir. Nano ile tanımlanan ifadeler, herhangi bir ölçünün milyarda birini gösterir. Örneğin; nanometre, metrenin milyarda birini (1nm =1/1000000000 m) ifade etmektedir. Selüloz ise bitkilerde göze yapısının temel bileşenini oluşturan, yapay ipek, patlayıcı madde ve kâğıt yapımında kullanılan bir karbonhidrat çeşididir. Çoğumuz, birbirinden tamamen farklı olan bu iki malzemeyi bir arada görmemiştir diye düşünüyorum. Nanoselüloz ifadesini duyma ihtimalimiz son zamanlarda epey artmış durumda. Bu artışın temel sebeplerini sayacak olursak, daha çevreci bir toplum anlayışına bürünmemiz ve nanoteknoloji etrafında gelişen bilimin hayatlarımıza girmiş olması. Nanoselüloz için giriş niteliği taşıyan metnimizi okuduğumuza göre nanoselüloz nedir? sorusuna cevap aramaya geçebiliriz.  

Nanoselüloz Nedir?

Selüloz, doğada en çok bulunan doğal polimerdir. Nanoselüloz ise selülozun nano yapıdaki şekli demektir (nano kelimesini bir önceki paragrafta açıklamıştık). Homo sapienslerin yaşadığı dönemlerden, günümüz modern insanların yaşadığı döneme kadar, insanlar sürekli doğaya zarar vermiş ve vermeye de devam ediyor. Evet doğaya büyük zararlar vermiş olabiliriz ama son zamanlarda toplumların bu konuda bilinçlendiğini görebiliyoruz. Bu bilinçlenmeyle ve nanoteknolojinin hayatımıza girmesiyle beraber nanoselüloz adını daha sık duyar olduk. Nanoselülozlar üzerine birtakım araştırmalar yapan bilim insanlarının açıklamalarına göre, ağaç ve bitkilerdeki selülozun, çeliğin dayanıklılık ve mukavemet değerlerine sahip olduğu anlaşılmıştır. Çelik gibi bir malzemenin dayanıklılık değerlerine ulaşması ve doğadan parolasıyla gelmesi, bu malzemeyi çok önemli kılmaktadır. Peki nanoselülozun, bu kadar önemli olmasına vesile olan nedir? gibi birtakım sorular kulağıma ilişiyor. Gelin hep beraber bu sorulara yanıt arayalım.

Nanoselüloz Özellikleri

• Ağırlığına göre yüksek direnç katsayısına sahiptir (paslanmaz çelikten sekiz kat daha dayanıklıdır).
• Elektriği iletir.
• Sıcaklık değişimlerinden pek etkilenmez.
• Isıya maruz kaldığı takdirde çok az genleşme görülür.
• Şeffaf bir yapısı olduğu için optik özelliklere ihtiyaç duyulan alanlarda kullanılabilir.
• Bireysel selüloz nanofibrillerin elastik modülü 65 GPa ile 145 GPa arasında değişir. Selüloz nanokristallerin elastik modülü 137-150 GPa civarındandır bunun yanında bakteriyel selüloz fibrillerin değeri 78-114 GPa arasında değişmektedir. Bu değerler, size hiçbir anlam ifade etmiyor olabilir, bu yüzden sıklıkla kullanılan ve herkesin varlığından haberdar olduğu birkaç malzemeyle karşılaştırma yapalım. Alüminyumun değerleri ile karşılaştırırsak, alüminyumun elastik modülü 69 GPa, çeliğin 200 Gpa ve camın 69 GPa’dır. Diğer bir özelliğe geçmeden önce konunun daha iyi anlaşılması için araya girmek istiyorum Elastik modül ne demek? Sorusunu cevaplandıralım. Elastisite modülü yüksek olan malzeme, elastisite modülü daha düşük olan malzemeye göre elastik sınırlar içerisinde (gerilme ve şekil değiştirmenin doğru orantılı olduğu bölgede) daha büyük gerilme altında daha küçük şekil değiştirme yapacaktır.
• Selüloz hidrofilik bir malzemedir. Bunun sebebi ise yüzeyinde hidroksil (OH) barındırmasıdır. Son kez araya giriyorum. Hidrofilik bir malzeme ne demektir? Hidrofili, bir molekülün hidrojen bağları kurarak suya bağlanabilme özelliğidir. Bu özelliğe sahip malzemeler su ve diğer polar çözücülerde çözünebilir.
• Bitkiler tarafından her yıl çok büyük miktarlarda üretilen bir hammadde olduğundan çevre için yenilenebilir ve zararsızdır.

Herhangi bir malzemeyi öne çıkaracak birçok özelliği bünyesinde barındıran nanoselülozlar nasıl üretilir? Şimdi de buna cevap arayalım.

Nanoselüloz Nasıl Üretilir?

Nanoselülozlar; Odun, şeker pancarı, patates, kenevir ve ketenden elde edilen odun hamurunun mekanik bir işlemle parçalanması sonucunda elde edilmektedir. Nanoselülozun elde edilmesinde en önemli selüloz kaynağı olarak odun kullanılmasına rağmen mısır, şeker kamışı, buğday, pirinç, patates, arpa, havuç, bambu, ananas ve muz gibi bitkilerin yan ürünleri de doğal lif kaynağı olarak kullanılabilmektedir. Bir malzemenin üretimi zor ise hiçbir firma yüksek kâr oranı getirmediği takdirde bu malzemeye yanaşmaz. Nanoselüloz ismini, son zamanlarda daha sık duymamızın diğer bir nedeni de nanoselüloz üretiminin eskiye nazaran daha kolay ve ucuz olmasıdır. Bu kolaylık ve ucuzluk ise çeşitli kimyasal ön işlemlerin geliştirilmesiyle mümkün oldu.

Nanoselülozun Uygulama Alanları

Nanoselülozların kullanıldığı alanların dışında birçok potansiyel uygulama alanı da bulunmaktadır. Nanoselülozların potansiyel uygulama alanlarını, keşfedilmeyi bekleyen altın madenlerine benzetebiliriz.

• Fiber bazlı ambalaj ve kompozitler
• Polimer kompozitler
• Güçlü iplikler
• Reoloji düzenleyici katkılar (Organik kaplamaların akış davranışlarını, üretim, depolama ve uygulama aşamalarında istenen özelliklere sahip kılmak amacıyla kullanılan katkılar)
• Bariyer malzemeleri
• Basılı elektronikler için alt tabakalar
• Elektronik göstergeler
• Renkli filmler
• Tıbbi uygulamalar
• Hijyen ürünleri
• Membranlar (Bir çeşit filtre)
• Gözenekli yapılar

NanoSelülozun Potansiyel Kullanım Alanları

• Hafif ve süper dayanıklı takviyeler
• Daha dayanıklı ve verimli arabalar
• Tıbbi ve sağlık kullanımı
• Denizdeki döküntüleri temizlemek için süngerler
• Plastik veya kâğıt gibi diğer malzemeleri geliştirme uygulamalarında
• Elyaf filmler, selüloz türevleri gibi rejenere selüloz ürünleri
• Tütün filtresinde katkı maddesi
• Pil ayırıcılarda organometalik modifiye nanoselüloz
• İletken malzemelerin güçlendirilmesi
• Hoparlör membranları
• Yüksek akılı membranlar
• Bilgisayar bileşenleri
• Kapasitörler
• Hafif vücut zırhı ve balistik cam
• Korozyon inhibitörleri

Sonuç

Selüloz ile aynı topraklarda binlerce yıl yaşamışız. Evi olan doğayı, yabancı olduğu birçok atıkla doldurmuşuz. Şimdi de büyük zararlar verdiğimiz doğanın çocuklarından biri olan selülozu alıp, daha çevreci ürünler üretmeye çalışıyoruz. Peki ne yapıyoruz biz, doğayı mı koruyoruz? Hiç sanmıyorum…